太陽能無線信號系統(tǒng)設計方案

一、引言

太陽能無線信號系統(tǒng)是一種基于太陽能供電和無線通訊技術的創(chuàng)新產品，旨在解決野外及城市不方便布線區(qū)域的信號控制問題。該系統(tǒng)利用取之不盡、用之不竭的太陽能，結合先進的無線通訊技術，實現(xiàn)了分布式控制，既節(jié)能又環(huán)保。本文將詳細介紹太陽能無線信號系統(tǒng)的設計方案，包括系統(tǒng)特點、設計思路、主控芯片型號及其作用等。

二、系統(tǒng)特點與設計思路

2.1 系統(tǒng)特點

太陽能無線信號系統(tǒng)的主要特點包括：

1. 主從分布式體系結構：系統(tǒng)采用一主多從的設計，從機數(shù)目在0-3之間任選，可以根據(jù)實際路口情況選擇。

2. 太陽能供電：系統(tǒng)通過太陽能電池板、蓄電池和負載之間的充放電控制功能，實現(xiàn)了高效、可靠的供電。

3. 無線通訊技術：主從機之間采用無線通訊技術進行控制，通過高可靠、高抗干擾和自重置功能的無線通訊組件，結合完善的通訊協(xié)議，實現(xiàn)了系統(tǒng)無線控制。

4. 自組織、自檢測、自恢復功能：當主機或從機出現(xiàn)斷電、通訊故障、控制故障等情況時，系統(tǒng)能自動進入黃閃狀態(tài)，當太陽能供電恢復或故障排除后，系統(tǒng)能自動恢復正常運行狀態(tài)。

5. 節(jié)電設計：全系統(tǒng)采用節(jié)電設計，主從機啟動后即進入省電模式，信號燈亦采用節(jié)能LED設計。

2.2 設計思路

在設計太陽能無線信號系統(tǒng)時，主要考慮了以下幾個方面：

1. 節(jié)能與環(huán)保：利用太陽能作為主要能源，既解決了供電問題，又減少了碳排放。

2. 可靠性與穩(wěn)定性：通過主從分布式體系結構和無線通訊技術，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

3. 易操作與維護：采用專利技術的人機界面，使操作更加方便快捷，同時系統(tǒng)具備自檢測、自恢復功能，降低了維護成本。

三、系統(tǒng)構成與設備

太陽能無線信號系統(tǒng)由分布于四個方向的信號控制設備和太陽能電源設備組成。四個方向分別由一個主機和三個從機控制（從機數(shù)目可應實際路口情況選擇）。

3.1 主機方向設備

主機方向設備包括太陽能電源設備、主機和控制箱、太陽能信號燈。

• 太陽能電源設備：包括太陽能電池板和蓄電池，用于為系統(tǒng)提供電力。

• 主機：系統(tǒng)的核心控制設備，負責接收和發(fā)送控制信號。

• 控制箱：用于安裝和保護主機及相關電路。

• 太陽能信號燈：采用太陽能供電的LED信號燈，用于指示交通信號。

3.2 從機方向設備

從機方向設備包括太陽能電源設備、從機、太陽能信號燈。

• 太陽能電源設備：與主機方向相同，用于為從機提供電力。

• 從機：接收主機的控制信號，并控制相應方向的信號燈。

• 太陽能信號燈：與主機方向相同，用于指示交通信號。

四、主控芯片型號及其作用

太陽能無線信號系統(tǒng)的主控芯片是整個系統(tǒng)的核心部分，它負責接收和發(fā)送控制信號，協(xié)調各個設備的運行。

4.1 主控芯片型號

在系統(tǒng)設計中，主控芯片采用了華邦的W78E516B單片機。該單片機是一款內含CAN總線控制器部件的單片機，具有較高的集成度和可靠性。

4.2 主控芯片的作用

1. 系統(tǒng)初始化：在系統(tǒng)啟動時，主控芯片負責完成系統(tǒng)初始化工作，包括設置各個模塊的參數(shù)、初始化內存等。

2. 通訊處理：主控芯片通過無線通訊模塊與從機進行通訊，接收和發(fā)送控制信號。

3. 信號控制：根據(jù)接收到的控制信號，主控芯片控制相應方向的信號燈，實現(xiàn)交通信號的指示。

4. 監(jiān)控與報警：主控芯片還負責對蓄電池組的整體狀態(tài)進行實時監(jiān)控，當發(fā)生突發(fā)性問題時，能夠及時報警處理。

五、系統(tǒng)硬件設計

5.1 主控制器的硬件設計

主控制器是整個系統(tǒng)的核心部分，它負責接收和發(fā)送控制信號，協(xié)調各個設備的運行。在主控制器的硬件設計中，采用了以下關鍵組件：

• 單片機：采用華邦的W78E516B單片機作為主控芯片，具有較高的集成度和可靠性。

• CPLD接口控制芯片：采用ALTERA公司的產品，用于實現(xiàn)復雜的邏輯控制功能。

• 無線通訊模塊：采用ISM頻段的無線通訊模塊，無需申請，發(fā)射功率50mW，通訊距離200米。

• 外圍電路：包括存儲、時鐘、鍵盤、串口、電源等，用于支持主控芯片的正常運行。

5.2 功率模塊的設計

功率模塊用于對MCU兩級方案進行獨立控制，通過CAN總線與主控制器實現(xiàn)控制和通信。功率模塊能夠實現(xiàn)對各個太陽能光伏陣列的集中控制，并根據(jù)蓄電池的充放電狀態(tài)，對蓄電池進行科學管理。

六、系統(tǒng)軟件設計

6.1 主機軟件設計

主機軟件由主程序和四個中斷程序構成：

• 主程序：完成系統(tǒng)初始化、LCD顯示、看門狗服務、鍵盤處理、通訊處理等任務。

• 中斷服務程序：包括串口收發(fā)中斷程序、鍵盤中斷程序、500ms定時中斷程序、1秒鐘中斷服務程序等，用于處理各種中斷事件。

6.2 從機軟件設計

從機軟件包括主程序和中斷服務程序：

• 主程序：完成初始化、通訊控制、燈態(tài)控制、看門狗服務等任務。

• 中斷服務程序：包括串口中斷服務程序和500ms定時中斷，用于處理各種中斷事件。

七、系統(tǒng)無線通訊協(xié)議設計

系統(tǒng)無線通訊協(xié)議的設計是系統(tǒng)設計的重要內容，它決定了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。在系統(tǒng)設計中，采用了以下措施來確保通訊協(xié)議的嚴密、安全、可靠：

1. 異步串行通訊：采用波特率9600bps，1起始位、8位數(shù)據(jù)位、1停止位，奇校驗的異步串行通訊方式。

2. 開機校驗：開機后，向所有從機發(fā)送校驗信號，確保各從機處于正常工作狀態(tài)。

3. 方案發(fā)送：將運行方案發(fā)給所有從機，確保各從機按照正確的方案運行。

4. 校時和巡檢：對各從機進行校時應答，同時實現(xiàn)巡檢，處理長時故障。

八、系統(tǒng)測試與優(yōu)化

在系統(tǒng)開發(fā)完成后，需要進行詳細的測試與優(yōu)化工作，以確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。測試與優(yōu)化工作主要包括以下幾個方面：

1. 功能測試：對系統(tǒng)的各項功能進行測試，確保系統(tǒng)能夠正常工作。

2. 性能測試：對系統(tǒng)的性能進行測試，包括通訊距離、通訊速率、響應時間等，確保系統(tǒng)滿足設計要求。

3. 穩(wěn)定性測試：對系統(tǒng)進行長時間運行測試，觀察系統(tǒng)是否出現(xiàn)異常情況，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4. 優(yōu)化改進：根據(jù)測試結果，對系統(tǒng)進行優(yōu)化改進，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

九、應用前景與推廣

太陽能無線信號系統(tǒng)具有環(huán)保節(jié)能、無需挖溝或架設電力架、不需要大量線材管材、不需要輸變電設備、施工周期短、不消耗市電不產生電費、不受地理位置限制、維護費用低、低壓無觸電危險等諸多優(yōu)點。因此，該系統(tǒng)在野外以及城市不方便布線的區(qū)域具有廣闊的應用前景。

具體來說，該系統(tǒng)可以應用于鐵路沿線、高速沿線、邊界線、海岸線、部隊野戰(zhàn)訓練、石油天然氣輸送管道、建筑工地、水庫大壩、河道水源、礦區(qū)景區(qū)、森林防火、文物古跡、村莊道路、高爾夫球場、漁場林場牧場、野生動物保護區(qū)、廠區(qū)周邊、別墅、島嶼等區(qū)域。在這些區(qū)域中，太陽能無線信號系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮其優(yōu)勢，為交通信號的指示和管理提供有力支持。

此外，隨著太陽能無線監(jiān)控系統(tǒng)集成技術的日趨成熟，該系統(tǒng)已在全球得到越來越普遍的應用，顯示出廣闊的應用前景。未來，隨著市場認知度的提高，太陽能無線信號系統(tǒng)一定會有更大的應用空間。

十、結論

太陽能無線信號系統(tǒng)是一種基于太陽能供電和無線通訊技術的創(chuàng)新產品，具有環(huán)保節(jié)能、易于操作與維護等優(yōu)點。在系統(tǒng)設計中，采用了華邦的W78E516B單片機作為主控芯片，結合先進的無線通訊技術和節(jié)電設計，實現(xiàn)了分布式控制。通過詳細的測試與優(yōu)化工作，確保了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。未來，該系統(tǒng)將在野外以及城市不方便布線的區(qū)域發(fā)揮重要作用，為交通信號的指示和管理提供有力支持。